Роль диффузионных процессов в гетерогенной системе
Концентрация газа в объеме фазы всегда будет отличаться от концентрации в поверхностном слое, в котором совершается реакция. При низких температурах в результате адсорбции в поверхностном слое концентрация молекул газа может быть значительно выше, чем в объемном слое, но при достаточно высоких температурах вследствие вступления в реакцию концентрация газа в поверхностном слое будет ниже, чем в объемном.
Рассмотрим случай, когда концентрация С, например водорода, в приповерхностном слое шва будет меньше концентрации газа в объеме шва. Градиент концентраций определяет диффузионный поток, направленный к поверхности. Количество газа, перенесенного в результате диффузии, можно найти Ат по первому из уравнений Фика (8.97).
Для установившегося режима диффузии, т. е. при наличии по - |
стоянного градиента концентраций и при постоянной температуре, 1
решение первого уравнения (8.97) имеет вид
Am = D———SAt, (8.103)
Дх
где (Со - С) - разность концентраций в объеме газа и на поверхности; Дх - толщина приповерхностного слоя.
|
§ 11 чі СтЗ R § о Л II .= |
/И 08Х18Н11МЗ IVL |
|
Зона сплавления - £ ___ 1___ 1___ 1___ 1___ с |
|
Рис. 8.19. Изменение концентрации углерода в зоне сплавления СтЗ и 08Х18Н11МЗ после сварки (кривая I) и после нагрева до 873 К и выдержки в течение 300 часов (кривая II) |
Наряду с концентрационной (выравнивающей) диффузией в гетерогенной системе наблюдается и восходящая диффузия. В качестве примера рассмотрим процесс перераспределения углерода в сварном соединении низкоуглеродистой стали СтЗ и высоколегированной стали 08Х18Н11МЗ (рис. 8.19). При сварке в результате С, % (мае.)
0,6 F
0,5 - _ 1
§5 /її о,4 - g |
0,3- СтЗ 1=5 і 08Х18Н11МЗ :::
Зона сплавления - ту
0 ____ і I I Л UA I I_________________
0,5 1,0 1,5 2,0 /, мм
перемешивания жидкого металла и диффузии происходит практи - %
чески мгновенное выравнивание концентрации углерода, хрома и других элементов по сечению шва, а при замедленном охлаждении и особенно при длительном послесварочном нагреве развивается восходящая (реактивная) диффузия углерода из СтЗ в зону, содержащую 18 % Сг. Движущей силой этой диффузии является высокое сродство углерода с хромом, что приводит к образованию карбидов Сг2зСб, сопровождаемому снижением энергии Гиббса. В результате формируется склонность к межкристаллитной коррозии t
в стали с 18 % Сг и создается обезуглероженная зона малой прочности в СтЗ.
